Dikkat ile Ġlgili Yapılan AraĢtırmalar

Q

P

A presente pesquisa relaciona-se com a aprendizagem dos alunos sobre modos e convenções de representação que são utilizados em Química. De uma maneira sintética, pretendemos investigar a influência de atividades de modelagem que objetivam a aprendizagem de ligação iônica no desenvolvimento da capacidade de visualização, pelos estudantes, das entidades envolvidas nesse tipo de ligação, bem como suas interações e convenções de representação. Pretendemos, ainda, verificar como essas atividades influenciam na compreensão do papel das representações no trabalho dos cientistas. As questões de pesquisa deste trabalho são definidas como:

1. Como atividades de modelagem podem contribuir para a compreensão dos modos e convenções de representação utilizados em Química?

2. Como atividades de modelagem podem contribuir para a compreensão do papel de representações no processo de elaboração e comunicação do conhecimento científico?

Consideramos que as compreensões citadas estão fortemente associadas ao desenvolvimento da capacidade de visualização por parte dos estudantes. Portanto, acreditamos poder verificar se tal desenvolvimento ocorreu, tendo como base a verificação da ocorrência ou não de tais compreensões.

C

A

A pesquisa se desenvolveu durante o ano letivo de 2007, em uma turma da segunda série do ensino médio de uma escola pública federal de Belo Horizonte. A turma tinha 32 alunos, todos pertencentes à faixa etária padrão para a série, cursada em turno integral. Como destacado anteriormente, esta pesquisa foi realizada no contexto da

aplicação de uma estratégia de ensino de ligação iônica (Mendonça & Justi, 2009a, 2009b).

A elaboração da citada estratégia de ensino levou em consideração que os alunos apresentavam os seguintes conhecimentos prévios (os quais já haviam sido ensinados naquela escola): modelo cinético-molecular; modelo atômico de Bohr e distribuição eletrônica em níveis de energia; utilização da tabela periódica e as propriedades periódicas energia de ionização, afinidade eletrônica e raio atômico; elétrons de valência; Lei de Coulomb20_{; estados de agregação da matéria e mudanças} de estado de agregação. Além disso, previu-se a necessidade de se discutir com os alunos o gráfico de energia potencial em função da distância entre os núcleos atômicos, a fim de que eles adquirissem o conhecimento básico sobre abaixamento de energia e estabilidade das substâncias. Essa discussão faz parte das atividades previstas para as aulas, e está presente na descrição das mesmas, apresentada adiante.

A professora dessa turma possuía larga experiência com o ensino baseado em modelagem, tendo, inclusive, participado da elaboração das atividades aplicadas aos estudantes.

A estratégia de ensino, cujas atividades serão descritas adiante, já havia sido aplicada pela mesma professora, em duas ocasiões anteriores à considerada nesta pesquisa. Na primeira delas, em uma escola pública estadual de Belo Horizonte, o estudo foi realizado com o propósito de analisar se e como as atividades contribuíram para a aprendizagem dos alunos e identificar a existência de falhas ou a necessidade de adequações na estratégia. Na segunda ocasião, as atividades foram aplicadas na mesma instituição em que a presente pesquisa foi realizada, também objetivando investigar a aprendizagem resultante.

20 _{Os alunos haviam estudado a Lei de Coulomb, na disciplina Física, no ano anterior ao considerado} nesta pesquisa.

A turma de alunos pesquisada foi dividida em seis grupos, segundo o critério de livre escolha (ver Tabela 3.1). Nesta tabela, assim como ao longo de toda esta dissertação, usaremos o código Gx (onde x é um número de ordem) para identificar os diferentes grupos de alunos e AyGx (onde y é um número de ordem) para identificar cada um dos alunos de um dado grupo.

GRUPO ALUNOS

G1 A1G1, A2G1, A3G1, A4G1, A5G1, A6G1 G2 A1G2, A2G2, A3G2, A4G2, A5G2 G3 A1G3, A2G3, A3G3, A4G3, A5G3 G4 A1G4, A2G4, A3G4, A4G4, A5G4, A6G4 G5 A1G5, A2G5, A3G5, A4G5, A5G5 G6 A1G6, A2G6, A3G6, A4G6, A5G6

Tabela 3.1. Alunos pertencentes a cada um dos grupos da turma pesquisada.

É importante destacar que esses alunos já estavam habituados a trabalhar em grupo nas aulas de Química e também de outras disciplinas, desde o ano anterior ao aqui considerado, quando cursaram a primeira série do ensino médio na mesma instituição em que os dados desta pesquisa foram coletados. Eles também estavam habituados a fazer desenhos de partículas (modelos cinético-moleculares) para representar os estados de agregação da matéria e as mudanças de estado de agregação.

M

C

D

Os dados foram coletados durante 7 aulas, com a duração de 100 minutos cada, nas quais os alunos trabalharam divididos em grupos, conforme especificado anteriormente. Oito semanas após o término das atividades sobre ligação iônica, os

estudantes trabalharam individualmente, ocasião em que responderam a um questionário pós-instrução, o qual será descrito adiante. As questões do questionário pós-instrução, elaboradas visando avaliar, especificamente, as habilidades relacionadas à visualização, foram validadas pela professora da turma e pela outra pesquisadora envolvida na coleta de dados. Elas foram solicitadas a checar a clareza dos enunciados e a identificar o que cada questão poderia avaliar. Como resultado de discussões com ambas, algumas modificações foram feitas na versão original antes que as questões fossem aplicadas aos alunos.

A instrução teve início somente após a assinatura de Termos de Consentimento Livre e Esclarecido por parte dos alunos e de seus responsáveis e do Termo de Consentimento da Diretoria da Escolapara a realização da pesquisa.

Todas as aulas foram registradas em áudio e vídeo, com foco nas discussões ocorridas entre os estudantes, em grupos, e também nas situações em que ocorreu a participação de toda a turma, além daquelas ocorridas entre os alunos e a professora.

Todo o material escrito produzido pelos alunos durante o processo, incluindo o questionário pós-instrução, respondido individualmente, e as avaliações a que eles foram submetidos, de forma igualmente individual, foi recolhido. Além disso, foram feitos registros (fotos) dos modelos construídos e reelaborados pelos alunos.

Durante as aulas, a professora fez anotações de campo, registrando momentos que considerou importantes no processo de ensino e aprendizagem desenvolvido.

Foram coletadas, ainda, respostas de alguns dos estudantes envolvidos na pesquisa, em entrevistas abertas (qualitativas) e semi-estruturadas. Os alunos entrevistados foram escolhidos com base em suas atividades escritas, a fim de elucidar idéias ou incoerências por nós detectadas, e considerando sua participação nas aulas, a fim de aprofundar ou esclarecer dúvidas a respeito do processo de elaboração dos modelos. As entrevistas permitiram validar os dados coletados nas atividades escritas, uma vez que deram aos entrevistados a oportunidade de acrescentar ou esclarecer informações, além de nos permitir verificar a adequação da análise dos dados (Cohen,

Manion, & Morrison, 2000). As entrevistas foram conduzidas e filmadas por outra pesquisadora (PFM), que conduzia, na mesma turma, uma pesquisa relativa ao desenvolvimento de outras habilidades dos alunos. As questões da entrevista referentes a este trabalho (Anexo 1) abordavam, especificamente, aspectos relacionados à visualização e compreensão das representações e foram elaboradas com o objetivo de investigar o foco das questões desta pesquisa.

Acreditamos que a validade dos dados coletados por meio das entrevistas se deveu, pelo menos em parte, ao fato de que uma das possíveis fontes de viés foi evitada, no que diz respeito ao entrevistador. A escolha da pesquisadora PFM, com a qual os estudantes já estavam habituados, por ter sido quem realizou as filmagens de todas as aulas, diminuiu a probabilidade de dificuldades de comunicação ou intimidação entre as partes. Além de ser uma pessoa conhecida dos entrevistados, a linguagem utilizada por ela se aproximava daquela utilizada durante a instrução, pela professora. Além disso, a entrevistadora era muito experiente, tanto em atividades de modelagem, quanto na condução de entrevistas com estudantes. Todos os fatores citados nos levaram a confiar em que os estudantes estiveram suficientemente à vontade durante as entrevistas. As entrevistas foram integralmente transcritas, a partir das gravações em áudio e vídeo, de maneira a facilitar a análise dos dados que delas emergiram.

A não participação do pesquisador durante a coleta de dados é um dos fatores que pode influenciar positivamente na validade da pesquisa, conforme Cohen et al. (2000). No caso do presente trabalho, podemos afirmar que não houve participação da pesquisadora em tal momento, uma vez que os dados aqui analisados, com exceção do questionário pós-instrução e das entrevistas, foram coletados para outra pesquisa. Não houve, portanto, interesse em se dirigir os investigados a produzir dados que pudessem fortalecer ou confirmar suposições convenientes a este trabalho. Em outras pala as, os dados o fo a oletados pa a se olda a u o eito p -concebido ou ideal. Ao contrário, eles se tornaram os motivadores para a realização desta pesquisa. A pesquisa para a qual os dados foram coletados tinha seu foco no

desenvolvimento de habilidades de investigação dos estudantes quando envolvidos em modelagem e não dizia respeito a representações e seu papel no ensino e aprendizagem de Química.

Para o tipo de pesquisa que desenvolvemos, é fundamental que o pesquisador não tente manipular variáveis ou condições, a fim de que as situações ocorram da maneira mais natural possível (Cohen et al., 2000), o que caracteriza sua validade ecológica. Acreditamos ter garantido a validade ecológica em nossa pesquisa, pois a coleta dos dados se realizou na sala de aula, ambiente em que os estudantes já estavam acostumados a trabalhar. A professora que conduziu toda a estratégia de ensino tinha ampla experiência com abordagens de ensino baseadas em modelagem, além de ser a própria professora da turma. Os alunos também já estavam habituados a trabalhar em grupos e tiveram liberdade para escolher aquele do qual fizeram parte. Quanto à presença da filmadora, sabemos de sua provável influência sobre o comportamento dos investigados, mas não acreditamos que tal influência tenha comprometido, de maneira importante, a validade ecológica, uma vez que a propensão dos alunos para se distrair tende a diminuir com o tempo. Considerando que o processo ocorreu em váriasaulas, os estudantes tenderiam a ficar habituados à presença da câmera (o que realmente foi observado). Segundo Cohen et al. (2000), o efeito causado pela presença de um observador é reduzido quando tal presença na situação em estudo é longa o suficiente para que se torne natural aos que são observados.

A utilização de diversos instrumentos de coleta de dados foi uma maneira de validação interna dos mesmos, uma vez que permitiu que estes fossem comparados, harmonizados ou colocados em oposição. Cohen et al. (2000) afirmam que simples observações podem produzir informações suficientes e claras em campos como medicina, química e física, mas fornecem uma visão apenas limitada da complexidade do comportamento humano e de situações em que os homens interagem. Os autores destacam, ainda, que a exclusiva dependência depositada em um só método pode

predispor ou distorcer a visão do pesquisador sobre a parte da realidade sob sua investigação.

M

A

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Análise Inicial

A presente pesquisa tem caráter qualitativo, sendo importante destacar que temos consciência da subjetividade dos dados, e de que são necessários cuidados a fim de se minimizar o grau de viés que tal subjetividade pode acarretar. Os dados são descritivos e foram analisados indutivamente. Apesar de termos feito previsões, baseadas na literatura, sobre quais categorias poderiam surgir em nossa investigação, não buscamos adequar os dados a tais categorias. Ao contrário, enquanto alguns dados se identificaram com categorias previstas, novas categorias surgiram a partir dos dados. As asserções feitas a partir da análise dos dados, o foram sob uma perspectiva interpretativa, em que se buscou compreender os significados e intenções dos sujeitos da pesquisa.

A análise foi feita diretamente a partir dos dados coletados, tendo, por isso, sido necessário garantir a validade destes últimos. A triangulação dos dados foi feita com esse objetivo, tendo sido, para isso, utilizadas várias fontes de dados, de acordo com o planejamento e condução do processo do qual eles emergiram. Ainda no sentido de triangulação dos dados, estes foram analisados, em separado, por duas pessoas diferentes, a pesquisadora e sua orientadora, a fim de buscar interpretações adequadas dos mesmos. Eventuais desacordos foram discutidos, até que se atingisse uma conformidade em relação à interpretação dos dados. Nesse sentido, foi útil e necessária a existência de dados gravados em vídeo, o que nos permitiu rever as situações em que o material escrito e concreto foi produzido, a fim de elucidar dúvidas e dissipar divergências a respeito da interpretação dos dados. A análise do material filmado e as transcrições do mesmo foram feitas com o auxílio do programa

rápida e direta, sempre que foi necessário. O citado programa facilitou, também, as transcrições de trechos de discussões entre os estudantes e das entrevistas, muitos deles presentes no estudo de caso e em sua análise, os quais serão apresentados mais adiante.

As categorizações utilizadas como suporte para a análise dos dados foram compiladas com base na literatura (Gilbert, 2008; Kozma & Russell, 2005) e tiveram a intenção de abordar os elementos envolvidos na capacidade de visualização, o que caracteriza tais elementos, os modos e convenções de representação utilizados em Química, e aqueles que são considerados importantes para a aprendizagem por parte de estudantes do ensino médio. Como mencionado anteriormente, nem todas as categorizações existiam na literatura em que nosso trabalho se fundamentou, tendo surgido a partir da necessidade de interpretar alguns dos dados coletados. Por exemplo, a categoria capacidade de criar novas convenções de representação, foi acrescentada a partir de uma ação espontânea de alguns estudantes, ao utilizar objetos de uso escolar (caneta, régua, borracha) a fim de facilitar a comunicação com os colegas. Outra categoria que emergiu é a que contempla a opinião dos estudantes sobre a importância dos modelos na elaboração e comunicação das idéias dos cientistas. Essa necessidade surgiu diretamente do questionário pós-instrução, a que os estudantes foram submetidos, e que contemplava esse assunto.

São seis os elementos envolvidos na capacidade de visualização (ou competência representacional, ou metavisualização), conforme consideramos nesta pesquisa, a partir da literatura e da necessidade emergente dos dados coletados. Esses elementos abrangem as capacidades de:

 compreender as convenções de representação comumente utilizadas em Química, para todos os modos e submodos de representação envolvendo todas as três dimensões;

 traduzir um dado modelo entre os modos e submodos de representação nos quais ele pode ser apresentado;

 construir uma representação em qualquer modo ou submodo adequado a um determinado propósito;

 resolver novos problemas, utilizando uma abordagem baseada em modelos;

 reconhecer a importância dos modelos na elaboração e comunicação das idéias dos cientistas.

 criar novas convenções de representação.

As categorizações, criadas a partir dos elementos envolvidos na capacidade de visualização, e utilizadas nesta pesquisa para a análise dos dados, são apresentadas a seguir. A ordem em que tal apresentação será feita é a mesma em os elementos foram citados a pouco, sem que haja intenção, contudo, de sugerir qualquer tipo de relação hierárquica entre tais elementos.

O Quadro 3.1 apresenta os elementos envolvidos na compreensão das

convenções de representação comumente utilizadas em Química, fundamentais à

compreensão dessa ciência.

As categorias apresentadas no Quadro 3.1, bem como todas aquelas descritas neste trabalho, foram analisadas de acordo com o desempenho dos estudantes, em relação à manifestação de cada uma das capacidades. Tal desempenho foi considerado

total (ou, em algumas situações, coerente), caso o estudante tenha demonstrado ser

plenamente capaz no que se refere ao elemento considerado. Isto aconteceu quando, por exemplo, o aluno conseguiu utilizar uma tabela a fim de interpretar dados e identificar propriedades periódicas e sua relação com a formação de íons, ou quando ele foi coerente ao utilizar a fórmula NaCl, para descrever a proporção entre os íons do cloreto de sódio. Consideramos que o estudante teve desempenho parcial se ele apresentou algumas idéias corretas, tendo, porém, incorrido em algum tipo de incoerência. Por exemplo, ao se expressar verbalmente sobre a substância cloreto de sódio, ele declara (corretamente) que a ligação no sal é iônica, mas se refere às partículas presentes no sal como sendo átomos e não íons. Admitimos, ainda, a possibilidade de o estudante se mostrar incapaz de desempenhar alguma tarefa. Por

exemplo, ao analisar um modelo concreto do tipo bola-e-vareta, ele afirma que a vareta é a ligação, e não uma representação desta.

CAPACIDADE DESCRIÇÃO DA CAPACIDADE CATEGORIZAÇÕES

Utilizar palavras para identificar e analisar

aspectos de uma representação

Relacionar aspectos de uma representação com os da entidade que ela representa (por exemplo, a natureza da vareta, num modelo bola- e-vareta), de forma oral ou escrita.

 Utilizou de forma coerente.

 Utilizou de forma parcial.  Não conseguiu utilizar.

Utilizar palavras para identificar e analisar padrões de aspectos de uma representação

Relacionar padrões de aspectos de uma representação com propriedades da entidade que ela representa (por exemplo, relacionar dados de energia de ionização de elementos químicos com tendência a formar íons), de forma oral ou escrita.

 Utilizou de forma total.  Utilizou de forma parcial.  Não conseguiu utilizar.

Identificar e utilizar as convenções de

representação

Identificar e utilizar as convenções de:  Representações tridimensionais (modo concreto)  Representações bidimensionais* (modo visual)  Representações simbólicas** (modo simbólico)

 Representações verbais (modo verbal)

 Representações gestuais (modo gestual)

 Identificou e utilizou de forma total ou coerente.  Identificou e utilizou de

forma parcial.

 Não conseguiu identificar e utilizar.  *Utilizou representações híbridas21_.  **Fez interpretações literais de símbolos químicos22_. Criar novas convenções de representação

Criar, de maneira espontânea, convenções de representação diferentes daquelas utilizadas na Química (por exemplo, utilizar objetos de uso cotidiano, como materiais escolares, para representar entidades submicroscópicas).

 Criou novas convenções de representação.  Não criou novas

convenções de representação.

21_{Ao desenhar as entidades presentes em um sistema, o estudante utiliza representações dos níveis} macroscópico e submicroscópico.

22 _{Por exemplo, ao interpretar a fórmula de um composto iônico como o cloreto de sódio, o estudante} acredita que a mesma indica pares de íons, e não a proporção entre os íons no retículo cristalino.

Quadro 3.1. Compreensão das convenções de representação comumente utilizadas na Química, para todos os modos e submodos de representação envolvendo todas as três dimensões.

Ainda em relação ao Quadro 3.1, é importante destacar informações referentes especificamente às convenções de representação. A fim de explicitar o que está envolvido em cada um dos modos de representação, estes serão detalhados em seus submodos, a seguir.

 Representações tridimensionais (modo concreto): feitas de material manipulável, por exemplo, bola-e-vareta.

 Representações bidimensionais (modo visual): gráficos, diagramas, desenhos, e tabelas.

 Representações simbólicas (modo simbólico): símbolos, fórmulas e equações químicas e expressões matemáticas.

 Representações verbais (modo verbal): descrições das entidades e das relações entre elas em uma representação (por exemplo, da natureza das bolas e das varetas num modelo bola-e-vareta) e exploração das metáforas e a alogias as uais o odelo se aseia po e e plo, ligaç o o ale te envolve o compartilhamento de el t o s . Podem ser orais ou escritas.

 Representações gestuais (modo gestual): utilização de movimentos do corpo ou partes dele (por exemplo, afastar uma mão da outra, a fim de representar a quebra de ligação química).

O segundo elemento envolvido na capacidade de visualização, considerado neste trabalho, consiste em conseguir traduzir um dado modelo entre os modos e

submodos de representação. No Quadro 3.2, apresentamos a descrição do que

consideramos, nesta pesquisa, como a capacidade de tradução de uma representação para outras, de acordo com a literatura. Os diversos modos (e submodos) entre os quais a tradução pode ocorrer serão especificados em seguida.

CAPACIDADE DESCRIÇÃO DA CAPACIDADE CATEGORIZAÇÕES

Descrever como diferentes representações podem dizer a mesma coisa de diferentes maneiras e explicar como uma representação pode dizer algo diferente ou algo

que não pode ser dito com outra representação

Ao se deparar com

representações diferentes para uma mesma entidade (por exemplo, duas ilustrações para a estrutura do fulereno, sendo que uma delas explicita os átomos de carbono, enquanto a outra explicita as ligações entre os átomos), conseguir identificar que aspectos da entidade são comuns às representações e que aspectos estão presentes em apenas uma delas.  Descreveu e explicou de forma coerente.  Descreveu e explicou de forma parcial.  Não conseguiu descrever e explicar.

Fazer conexões entre diferentes representações, para mapear aspectos de um

tipo de representação naqueles de outro e explicar

a relação entre eles

Ao se deparar com

representações diferentes para uma mesma entidade (por